0 引 言

磁翻柱液位計不僅在航天和軍事領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在民用方面也是一種重要的功能控制元件，在各增壓系統(tǒng)或動力系統(tǒng)中起到穩(wěn)定系統(tǒng)工作的重要作用。磁翻柱液位計的主要功能是對密閉系統(tǒng)額定壓差進(jìn)行控制，即對規(guī)定的較高和較低壓力進(jìn)行安全控制。當(dāng)密閉系統(tǒng)內(nèi)的壓力超出規(guī)定較高壓力值時液位計自動打開，從溢出口將密閉系統(tǒng)內(nèi)的氣體或液體卸出，當(dāng)密閉系統(tǒng)內(nèi)的壓力下降至規(guī)定壓力以下時液位計自動關(guān)閉，保證系統(tǒng)內(nèi)工作壓力在規(guī)定的正常安全范圍內(nèi)。

 

1 液位計低壓漏氣故障分析

1.1 液位計低壓漏氣現(xiàn)象

常見磁翻柱液位計，在一次系統(tǒng)氣密試驗過程中，當(dāng)密閉系統(tǒng)放氣至0.07 MPa時，檢查液位計主閥氣密性，出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象且漏氣量超過允許范圍。要分析液位計低壓漏氣現(xiàn)象，首先從液位計各工作段的性能和漏氣量進(jìn)行試驗，復(fù)核相關(guān)數(shù)據(jù)。此型 活 門 設(shè)計打開壓力值為0.5 MPa、關(guān)閉壓力值為0.27 MPa，對該液位計進(jìn)行相關(guān)試驗，在試驗過程中液位計打開、關(guān)閉動作正常。檢查液位計主閥氣密性，在0.27 MPa時主閥氣密性良好，無漏氣現(xiàn)象，繼續(xù)放氣至0.07 MPa，漏氣率為260 泡/min，出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

 

1.2 建立模擬試驗系統(tǒng)

在試驗室建立模擬試驗系統(tǒng)，將液位計裝在300 L試驗容器上進(jìn)行復(fù)測工作，試驗室試驗狀態(tài)如圖2所示。按液位計試驗室試驗狀態(tài)：先手動調(diào)節(jié)打開1次，再用手動開關(guān)從液位計外給容器放氣至0.27 MPa，檢查主閥活塞氣密性，繼續(xù)手動開關(guān)放氣至0.07 MPa ，檢查主閥活塞氣密性。結(jié)果均為0 泡/min。

模擬正式使用測試狀態(tài)試驗：在液位計出口處加應(yīng)急堵蓋（帶放氣小孔）限制放氣流量，液位計強(qiáng)制放氣至0.27MPa及0.07 MPa，并進(jìn)行氣密檢查，結(jié)果為：0.27 MPa 時主閥活塞氣密性良好；0.07 MPa 時主閥活塞處出現(xiàn)連續(xù)漏氣（漏氣量無法精確統(tǒng)計），從0.07 MPa 開始為容器增壓，容器壓力升至0.15 MPa時，液位計漏氣現(xiàn)象消失。產(chǎn)品故障得到復(fù)現(xiàn)，同時說明如下問題：試驗室狀態(tài)下液位計試驗狀態(tài)與正式使用測試狀態(tài)不一致，導(dǎo)致試驗室狀態(tài)無法及時發(fā)現(xiàn)液位計存在的低壓漏氣問題，將故障產(chǎn)品流入到了交付使用程序。

 

1.3 低壓漏氣影響因素

從機(jī)理上分析液位計主閥活塞低壓漏氣有5個可能因素：1）密封面上有多余物；2）密封圈光潔度差、材料破裂等質(zhì)量問題；3）殼體止口質(zhì)量問題；4）彈簧力不足；5）止口處密封比壓不足。

對以上各可能因素進(jìn)行檢查與分析：1）經(jīng)分解檢查，液位計密封面無多余物；2）密封圈光潔度好，無破損；3）分解后檢查殼體止口質(zhì)量，止口表面完整，未發(fā)現(xiàn)鋸齒和碰傷；4） 復(fù)測主閥彈簧力滿足設(shè)計要求；5）活塞止口處密封力滿足密封壓力要求。

1.4 低壓漏氣故障分析

活塞止口處密封力由氣體壓力、彈簧力、摩擦力等共同決定，彈簧力經(jīng)檢查符合設(shè)計要求。在此液位計模擬使用狀態(tài)測試試驗后進(jìn)行分解檢查，發(fā)現(xiàn)當(dāng)拆除指揮閥、液位計主彈簧、液位計殼體后，活塞桿從強(qiáng)制腔推出時有明顯回彈情況，進(jìn)一步分析后確認(rèn)活塞桿上兩道密封圈之間存在夾氣現(xiàn)象。為分析夾氣現(xiàn)象對活塞止口處密封力的影響，對自由狀態(tài)與夾氣狀態(tài)下兩道密封圈與活塞桿間摩擦力進(jìn)行比對試驗，測試結(jié)果見表1。

自由狀態(tài)為直接裝配（未強(qiáng)制打開）兩道密封圈時狀態(tài)，夾氣狀態(tài)為液位計強(qiáng)制5 min后兩道密封圈間出現(xiàn)夾氣時狀態(tài)。

由試驗結(jié)果可以看出：與自由狀態(tài)相比，當(dāng)兩道密封圈間存在夾氣現(xiàn)象時，密封圈與活塞桿間摩擦力明顯增大。為進(jìn)一步明確夾氣現(xiàn)象對活塞氣密性能的影響，對夾氣狀態(tài)下活塞止口處實際密封狀態(tài)進(jìn)行分析。由表2可以看出：夾氣狀態(tài)下，受密封圈與活塞桿間摩擦力影響，0.07MPa氣檢時活塞止口處實際密封力已無法滿足設(shè)計密封需求，活塞止口處因密封力不足而出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。為進(jìn)一步弄清兩道密封圈間夾氣現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理，對涉及密封圈密封的各零件尺寸進(jìn)行復(fù)測并計算，結(jié)果見表3。由 表 3可 以 看 出 ，密 封 圈 要 求 壓 縮 率 為 15.52% ～26.79%，實際壓縮率為20.86%～21.41%，滿足設(shè)計要求。密封圈要求拉伸率為1.055～1.070，實際拉伸率為1.032～1.042，實際拉伸率偏小，造成內(nèi)圈脹緊量不足，使密封圈內(nèi)圈與活塞桿間的脹緊壓力偏小，無法達(dá)到密封要求。當(dāng)強(qiáng)制腔通入氣體時，高壓氣體由密封圈內(nèi)圈與活塞桿間縫隙進(jìn)入兩道密封圈間空腔，強(qiáng)制腔卸壓后仍有部分氣體無法溢出并較終造成夾氣現(xiàn)象。

夾氣現(xiàn)象出現(xiàn)后，兩道密封圈間空腔內(nèi)夾氣壓力從側(cè)面擠壓兩道密封圈，使兩道密封圈與活塞桿間脹緊壓力增大，導(dǎo)致強(qiáng)制動作后活塞復(fù)位時活塞桿與兩道密封圈間摩擦力增加，使活塞在低壓氣檢時因密封力不足出現(xiàn)漏氣。

為進(jìn)一步確認(rèn)問題原因，將遠(yuǎn)離強(qiáng)制腔一側(cè)的1件密封圈進(jìn)行返修：在其小徑內(nèi)部壓緊面處修圓弧形槽3處（槽深0.3～0.5 mm均布），以避免出現(xiàn)夾氣現(xiàn)象，重新裝配后模擬使用狀態(tài)進(jìn)行氣密檢查，氣密性能良好。經(jīng)過以上分析及對比驗證，可以確認(rèn)活塞桿上兩道密封圈之間存在夾氣現(xiàn)象是造成液位計低壓漏氣的直接原因。

 

2 低壓漏氣改進(jìn)措施

根據(jù)試驗的數(shù)據(jù)和結(jié)果對液位計設(shè)計進(jìn)行完善，更改遠(yuǎn)離強(qiáng)制腔一側(cè)密封圈的設(shè)計狀態(tài)，將密封圈小徑內(nèi)部壓緊面處修圓弧形槽3處，以徹底消除夾氣現(xiàn)象。為驗證上述措施的可行性，進(jìn)行如下驗證工作：液位計夾氣現(xiàn)象出現(xiàn)后，將液位計中靠近強(qiáng)制腔一側(cè)密封圈更換為新狀態(tài)產(chǎn)品，重新裝配后進(jìn)行500次動作試驗，每50次模擬使用狀態(tài)進(jìn)行1次氣密檢查，分別強(qiáng)制放氣至0.27 MPa、0.07 MPa后進(jìn)行氣密性檢測，液位計低壓氣密性能良好，漏氣現(xiàn)象消失。試驗后分解檢查開槽密封圈狀態(tài)良好，且無多余物產(chǎn)生。通過上述驗證試驗，說明采用遠(yuǎn)離強(qiáng)制腔一側(cè)密封圈小徑內(nèi)部開槽的方法可以有效消除夾氣現(xiàn)象，避免液位計因夾氣而低壓漏氣。

 

3 結(jié) 論

某型磁翻柱液位計由于原始設(shè)計和生產(chǎn)裝配過程存在不足，使液位計不能滿足使用要求。通過以上對液位計性能和不足的分析，對漏氣現(xiàn)象進(jìn)行了密封結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計和改進(jìn)，解決了液位計漏氣現(xiàn)象，使其滿足相關(guān)使用要求，為提高產(chǎn)品整體質(zhì)量和后續(xù)發(fā)展提供了研究改進(jìn)的基礎(chǔ)。